1.3.4 Отделители и короткозамыкатели
Отделитель представляет собой обычный трехполюсный разъединитель, снабженный приводом для автоматического управления и способный по команде соответствующего автоматического устройства совершать операции отключения участков цепи, предварительно отключенных выключателями.
Короткозамыкатель представляет собой однополюсный или двухполюсный (в зависимости от рабочего заземления сети) разъединитель, снабженный пружинным приводом для автоматического включения и предназначенный для соединений провода (проводов) трехфазной системы с землей по ручной команде или от релейной защиты.
Ограничители перенапряжений - для защиты электрооборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений могут применяться нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), которые состоят из нелинейных резисторов, заключенных в изоляционную покрышку. Резисторы выполнены из последовательно-параллельно включенных керамических резисторов на основе окиси цинка.
Защитное действие ограничителя обусловлено тем, что при появлении опасного для изоляции перенапряжения вследствие высокой нелинейности резисторов через ОПН протекает значительный импульсный ток в результате чего перенапряжение снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.
1.3.5 Релейная защита
Ни один элемент электроэнергетической системы (генератор, трансформатор, линия электропередачи, сборные шины и др.) не обладает абсолютной надежностью. С большей или меньшей вероятностью он может быть поврежден, причем большинство повреждений сопровождается возникновением короткого замыкания (КЗ). Режим КЗ опасен для энергосистемы: устойчивая работа энергосистемы может быть нарушена, из-за существенного искажения параметров режима энергосистемы потребители электроэнергии теряют электропитание, длительное существование токов КЗ разрушает повредившийся элемент энергосистемы до неремонтопригодного состояния.
Назначением релейной защиты (РЗ) является выявление поврежденного элемента и быстрейшее его отключение от энергосистемы. Кроме того, устройства релейной защиты должны предупреждать повреждение элемента энергосистемы в случае возникновения ненормального и опасного для него режима работы (перегрузка, неполнофазный режим и др.).
Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты:
Селективность — способность устройства релейной защиты выявить и отключить именно поврежденный элемент энергосистемы, а не какой-либо иной, хотя при наличии короткого замыкания нарушается нормальная работа многих элементов энергосистемы.
Быстродействие — способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени (лучше всего мгновенно) выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы.
Чувствительность — способность устройства релейной защиты четко отличать режим короткого замыкания любого вида (трехфазное, двухфазное, однофазное короткое замыкание) от всевозможных, даже утяжеленных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии короткого замыкания.
Надежность — отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты, что обеспечивается как функциональной, так и аппаратной надежностью устройства защиты.
Устройства релейной защиты реагируют, естественно, на значения параметров режима защищаемого объекта (ток, напряжение, направление мощности и др.). По способу обеспечения селективности устройства релейной защиты подразделяются на две группы: с относительной селективностью и с абсолютной селективностью. Селективность защит первой группы обеспечивается выбором значений параметров срабатывания (уставок) защиты, а селективность защит второй группы обеспечивается принципом их действия, т.е. защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия не реагируют на внешние по отношению к защищаемому объекту КЗ. К защитам с относительной селективностью относятся в основном токовые и дистанционные защиты, а к защитам с абсолютной селективностью продольные и поперечные дифференциальные защиты, направленные защиты с высокочастотной блокировкой, дифференциально-фазные защиты, а также защиты, реагирующие на неэлектрические параметры (газовая защита трансформатора, дуговая защита шин и др.).
Любое устройство релейной защиты содержит, как правило, три составные части: измерительную, логическую и исполнительную. В состав измерительной части может входить один или несколько пусковых органов. Назначением измерительной части защиты является сравнение текущих значений параметров режима защищаемого объекта с заданными значениями, при которых защита должна срабатывать, т.е. с уставкой.
В зависимости от вида РЗ такими параметрами могут быть ток, напряжение, направление мощности, отношение напряжения к току, т.е. сопротивление, и др. Если защита должна срабатывать при значениях параметра режима бóльшихуставки, она называется максимальной, а если при значениях параметра меньших уставки — минимальной.
При КЗ на защищаемом объекте ток увеличивается, напряжение снижается, изменяется фазовый сдвиг между током и напряжением, нарушается симметрия токов и напряжений, а при КЗ на землю сумма напряжений и сумма токов трех фаз оказывается не равной нулю. Эту информацию измерительная часть защиты получает от измерительных преобразователей (трансформатора тока и трансформатора напряжения), изолирующих устройство релейной защиты от высокого напряжения на защищаемом объекте. Измерительная часть защиты обрабатывает входную информацию. В том случае, когда контролируемые параметры выходят за установленные пределы, пусковые органы измерительной части защиты выдают сигналы в логическую часть, реализующую логику действия защиты. В зависимости от вида релейной защиты она должна при срабатывании одного или при одновременном срабатывании нескольких пусковых органов измерительной части выдавать сигнал на отключение защищаемого объекта от энергосистемы без выдержки или с выдержкой времени. Сигнал на отключение объекта от энергосистемы поступает в исполнительную часть защиты, формирующую управляющее воздействие на выключатель (или выключатели) Q, отключающий поврежденный объект от источников питания.
Помимо отключения объекта от источников питания при возникновении на нем КЗ на релейную защиту возлагаются также функции защиты объекта от ненормальных режимов работы, чаще всего от его перегрузки током внешнего короткого замыкания и от недопустимой перегрузки рабочим током. Практически на всех объектах энергосистемы (генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи, сборных шинах и др.) устанавливаются, как правило, не одно, а несколько устройств релейной защиты, обеспечивающих защиту объекта от междуфазных коротких замыканий, от коротких замыканий на землю, а также от ненормальных режимов работы.
Измерительные преобразователи (трансформаторы тока и трансформаторы напряжения), от которых устройство релейной защиты получает информацию о параметрах режима защищаемого объекта, должны иметь погрешность преобразования значений тока и напряжения защищаемого объекта в их вторичные значения, поступающие в измерительную часть защиты, не превышающую в условиях срабатывания защиты 10 %.
Логическая и исполнительная части релейной защиты требуют для своего функционирования специальный источник питания — источник оперативного тока. Измерительная часть защиты, если она выполнена на интегральных микросхемах или с использованием микропроцессоров, также требует питания от источника оперативного тока. К источникам оперативного тока предъявляются в основном три требования: автономность, т.е. независимость от режима работы защищаемого объекта; надежность, т.е. безотказность в работе; мощность достаточная как для питания устройства релейной защиты, так и для отключения выключателя (или выключателей) защищаемого объекта.
В распределительных электрических сетях и системах электроснабжения, имеющих, как правило, значительное число электрических подстанций без постоянного обслуживающего персонала, в качестве источников оперативного тока используются трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы собственных нужд и предварительно заряженные конденсаторные батареи. На электрических станциях и крупных подстанциях источниками оперативного тока являются аккумуляторные батареи, работающие в режиме постоянного подзаряда.